(57)【要約】スプリットサイクルの原理にしたがって動作するように構成された少なくとも１つのシリンダおよびピストンを備える内燃機関（８）と；空気を内燃機関（８）の排ガスの補助により第１の段階において圧縮するためにエンジンの排気側に接続されたターボチャージャ（１）と；圧縮された空気を冷却する第１の中間冷却器（２）と；空気を第２の段階においてさらに圧縮する機械式コンプレッサ（３）と；圧縮された空気を冷却する第２の中間冷却器（４）とを備え、機械式コンプレッサ（３）の出力はエンジン（８）の空気条件にしたがって調節することができる方法および内燃機関の構成。このようにして圧縮され冷却された空気は、エンジンのピストンがその上死点に向かって移動している最中に、その（それらの）極めて速い吸気弁システム（５）の補助により、エンジン（８）のシリンダ（複数のシリンダ）に誘導される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダおよびピストンを備える内燃機関（８）をスプリットサイクルの原則にしたがって動作させる方法であって、
エンジンの吸気は、ターボチャージャ（１）で、前記内燃機関の排ガスの補助により、第１の段階において圧縮され、前記圧縮された空気は冷却され機械式コンプレッサ（３）を用いて第２の段階においてさらに圧縮され、前記圧縮された空気は冷却され、前記機械式コンプレッサ（３）の出力は前記エンジン（８）の空気条件にしたがって調節され、前記圧縮され冷却された空気は、前記エンジンのピストンがその上死点に向かって移動している最中に、その極めて速い吸気弁構成（５）の補助により、前記エンジンのシリンダに取り込まれる方法。
【請求項２】
前記空気が機械式の調整可能なピストンコンプレッサ（３）を用いて第２の段階において圧縮される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調整可能なピストンコンプレッサ（３）の空気の前記出力が、その吸気弁（６）を吸気弁早閉じ法にしたがって制御することによって調節される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調整可能なピストンコンプレッサ（３）の空気の前記出力が、その吸気弁（６）を吸気弁遅閉じ法にしたがって制御することによって調節される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記調整可能なピストンコンプレッサ（３）の空気の前記出力が、その吸気弁および排気弁（６、７）のタイミングを変更することによって調節される、先行請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記スプリットサイクルの原理にしたがって動作するように構成された少なくとも１つのシリンダおよびピストンを備える内燃機関（８）と；前記空気を前記内燃機関（８）の排ガスの補助により第１の段階において圧縮するために前記エンジンの排気側に接続されたターボチャージャ（１）と；前記圧縮された空気を冷却する第１の中間冷却器（２）と；前記空気を第２の段階においてさらに圧縮する機械式コンプレッサ（３）と；前記圧縮された空気を冷却する第２の中間冷却器（４）とを備え、前記機械式コンプレッサ（３）の出力は前記エンジン（８）の空気条件にしたがって調節することができる、内燃機関の構成。
【請求項７】
前記機械式コンプレッサが調整可能なピストンコンプレッサである、請求項６に記載の構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のガス交換における絞り損失を低減させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンエンジンにおいて、シリンダ内のガス交換は、ピストンの移動によって生成される真空および過剰圧力ならびに弁を正確な時間に開閉することに基づく。通常、内燃機関の出力は、吸気口を絞ることによって調節される。このことは、特にエンジンの部分負荷に関して絞り損失および効率低下をもたらす。内燃機関の絞り損失を低減させる通常の方法は、吸気弁を通常よりも早くまたは遅く閉じることである。このようにして、損失を部分的に低減させ、エンジンの部分負荷効率を上げることができる。それでもやはり損失は残り、エンジンの部分負荷効率は可能な限りに最良のものではない。直噴エンジンでは、ガソリンおよびディーゼルの両方で、吸気口の絞りは部分負荷に関して除くことができるが、このことは、高い空気比により、平均シリンダ温度の低下、ひいてはＣＯ、ＨＣおよび粒子放出の増加をもたらす。
【発明の概要】
【０００３】
発明は、独立クレームの特徴にしたがって定義される。一部の特定の特徴は、従属クレームに記載される。
【０００４】
発明の第１の特徴によれば、少なくとも１つのシリンダおよびピストンを備える内燃機関はスプリットサイクルの原則にしたがって以下のように動作される。空気はターボチャージャを用いてエンジンの排ガスの補助により第１の段階において圧縮され、圧縮された空気は冷却され機械式コンプレッサを用いて第２の段階においてさらに圧縮され、圧縮された空気は冷却され、機械式コンプレッサの出力はエンジンの空気条件にしたがって調節される。その後、圧縮かつ冷却された空気は、エンジンのピストンがその上死点に向かって移動している最中に、極めて速い吸気弁構成５の補助によりエンジンのシリンダに誘導される（図１および２）。
【０００５】
発明の第２の特徴によれば、空気は、機械式の調整可能なピストンコンプレッサを用いて第２の段階において圧縮される。
【０００６】
発明の第３の特徴によれば、調節可能なピストンコンプレッサの空気の出力は、その吸気弁を吸気弁早閉じ法にしたがって制御することによって調節される。
【０００７】
発明の第４の特徴によれば、調節可能なピストンコンプレッサの空気の出力は、その吸気弁を吸気弁遅閉じ法にしたがって制御することによって調節される。
【０００８】
発明の第５の特徴によれば、調整可能なピストンコンプレッサの空気の出力は、その吸気弁および排気弁のタイミングを変更することによって調節される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】スプリットサイクルの内燃機関の動作原理の図である。
【図２】発明の少なくとも一部の実施形態を、その補助により実施することができるデバイスの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
定義
【００１１】
この文脈で、スプリットサイクルエンジンという用語は、図２による、シリンダでのガスの交換が、クランクシャフトが１回転する間に弁の制御下で行われ、吸気を圧縮する作業の一部がエンジンの外部のコンプレッサによって行われるピストンエンジンを指す。
【００１２】
吸気弁早閉じ法という用語は、吸気工程が終わるより前に吸気弁を閉じることを指す。
【００１３】
吸気弁遅閉じ法という用語は、圧縮工程中に吸気弁を、シリンダの空気の一部が吸気口内に逆流するように、部分的に開いたままにすることを指す。
【００１４】
本方法は、図１および２に示された新しいタイプのエンジンに基づくものである。エンジンは、図１および２による、エンジン８の圧縮作業の一部が別のコンプレッサ３に移行されているいわゆる「スプリットサイクル」タイプのエンジン８である。エンジンの吸気ガス交換は、ターボチャージャ１を用いて空気を圧縮する段階；中間冷却器２で冷却する段階；ピストンコンプレッサ３を用いてさらなる圧縮を行う段階；第２の中間冷却器４で冷却する段階；およびエンジン８の極めて速い吸気弁構成５に基づく。このガス交換構成の機能性は、エンジンテストおよびＣＦＤシミュレーション（例えば、ｗｗｗ.ａｕｍｅｔ.ｆｉを参照）によって証明されている。
【００１５】
エンジンの作業サイクルが図１に示される。高温の圧縮された混合気内への点火用燃料の（ピストンの上死点周囲での）注入（図１、項目１）、およびそれに続く燃焼、および作業の工程で開始される。この後、ピストンが燃焼ガスをシリンダから排気口内に押しやると、エンジンの排気弁は開き、排気工程が続く（図１、項目２）。その後、燃料は、高温の内燃機関ガス内に注入される（図１、項目３）。この後、ピストンコンプレッサ（３）によって圧縮され中間冷却（中間冷却器４、図２）されている空気は、そのピストンがその上死点に向かって移動している最中に、速い吸気弁構成（５）の補助により、エンジンのシリンダ内に誘導される（図１、項目４）。この後、生成された混合気は、ピストンの上死点で圧縮される（図１、項目５）。
【００１６】
エンジンの燃料と空気の混合比ラムダを、効率の良さを達成し、窒素酸化物および粒子およびエンジンの他の有害な排出物質を低減させ、かつ、排ガスの良好なさらなる処理を可能にする最適な範囲に維持することが望まれる場合、コンプレッサ３によって生成される空気の量を調節することが可能でなければならない。図２の実施形態では、このことは、いわゆる「吸気弁早閉じ」法または「吸気弁遅閉じ」法にしたがって、コンプレッサの吸気弁６の開閉を調整することによって行われる。該方法を実装するために、既存の構成要素（過給ターボチャージャを参照）が市場で入手可能である。同じようにして、コンプレッサの排気弁７の開閉は、最適な結果を達成するために制御されるべきである。このための既存の構成要素が市場で入手可能である。吸気弁および排気弁の両方の最適な開閉点は、弁のケース固有の調整のために、当分野で知られているソフトウェアを用いて最適化され、また、当分野で実施する場合のように、様々な圧力センサおよび他のセンサを用いることができる。エンジンの圧力レベルよりコンプレッサの圧力レベルは有意に低いため、この調整は実装が容易になる。
【００１７】
自動コンプレッサ弁は一般に３０００ｒｐｍより速い速度で動作することはなく、それらの流れ効率はディスク弁の流れ効率より悪いので、コンプレッサの弁６および７は、車のエンジンにおける弁と同様に、強制作動型ディスク弁である。弁のカムシャフトは、上述のように、弁が正しい時間に開くように調整される。機械弁機構の利点は、弁のカムシャフトフォロワがローラフォロワである場合、それらが、弁を開く仕事の大部分をカムシャフトに戻すことである。このことは、例えば油圧システム、例えばＦｉａｔ  Ｍｕｌｔｉａｉｒなどでは当てはまらない。
【００１８】
本明細書に記載されたエンジン吸気ガス交換システムは、絞り損失なしで、エンジンに入る空気の量を調節し、したがって、部分負荷に関してさえ高いエンジン効率および低い排出物質を可能にする。記載された解決策は当分野で完全に新しいものであり、エンジンが負荷に関わりなく最適な動作点で常に動作することを可能にする。
【００１９】
エンジン（８）の動作原理が図１に示され、項目４の吸気取入れは、極めて速い吸気弁構成５の補助によりエンジンのシリンダで行われる速いガス交換を示す。エンジンのガス交換の図面２から把握することができるように、エンジン８に入る空気（ガス）は、まず、ターボチャージャ１で圧縮され、その後空気は中間冷却器２で冷却されてからコンプレッサ３に誘導され、その出力は調節することができるものであり、圧縮された空気は次いで、中間冷却器４、そして、エンジンのピストンがその上死点に向かって移動している最中に、エンジンの極めて速い吸気弁構成５の補助によりエンジンのシリンダに誘導される（図１、吸気取入れ、項目４）。
【００２０】
発明は、とりわけ、以下の実施形態を備える。
【００２１】
以下の段階：ターボチャージャ１；中間冷却器２；機械式コンプレッサ３；中間冷却器４；およびエンジンの極めて速い吸気弁システム５に基づく、エンジン８の吸気側の、図１および２による、いわゆる「スプリットサイクル」のガス交換システムを備える内燃機関のガス交換の絞り損失を最小化する方法である。機械式コンプレッサ（３）の空気出力は、絞り損失なしで、エンジンの要件にしたがって調節することができる。
【００２２】
その機械式の調整可能なコンプレッサ（３）がピストンコンプレッサである方法である。
【００２３】
そのピストンコンプレッサ３の調節が、該調整を達成するために、いわゆる「吸気弁早閉じ」法ならびにその吸気弁６および排気弁７の制御に基づく方法である。
【００２４】
そのピストンコンプレッサ３の調節が、該調整を達成するために、いわゆる「吸気弁遅閉じ」法ならびにその吸気弁６および排気弁７の制御に基づく方法である。
【００２５】
そのピストンコンプレッサ３の弁６および７のタイミングが必要に応じて変更されて、内燃機関のガス交換の絞り損失の最小化を可能とする方法である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
発明は、内燃機関において適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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